專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及伴隨有過電壓保護單元的半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件， 一直關(guān)注使用了氮化物半導(dǎo)體材料
的發(fā)光二極管。利用該發(fā)光二極管，能夠發(fā)出365mm ~ 550mm左右范 圍內(nèi)的波長的光。
但是，對于使用了這種氮化物半導(dǎo)體材料的發(fā)光二極管來說，靜電 破壞耐量比較小，例如，當(dāng)被施加比100V高的浪涌電壓時，會導(dǎo)致破 壞。為了進行靜電保護，考慮與發(fā)光二極管一起將過電壓保護二極管或 電容等個別的保護元件搭載在同一封裝內(nèi)，但是，部件件數(shù)增大。為解
決該問題，專利文獻l (美國US-2005-0168899-A1 )中7>開了在支撐氮 化物半導(dǎo)體的硅襯底中形成保護元件的內(nèi)容。在該專利文獻1公開的多 個具體例之一中，將形成在硅襯底上的保護二極管相對于發(fā)光二極管反 方向并聯(lián)連接。因此，當(dāng)對發(fā)光二極管施加反方向電壓時，保護二極管 導(dǎo)通，發(fā)光二極管的陰極陽極間電壓受限于保護二極管的正向電壓。對 于保護二極管的正向電壓(導(dǎo)通開始電壓)來說，例如，如1V以下這 樣比較低，因此伴隨有保護二極管的發(fā)光二極管的反方向耐壓也必然變 低。因此，在要求較高的反方向耐壓的電路(例如，矩陣電路)中，不 能使用發(fā)光二極管與保護二極管反方向并聯(lián)連接的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
專利文獻1公開了如下內(nèi)容為了使伴隨有保護元件的半導(dǎo)體發(fā)光 裝置的反方向耐壓提高，利用雜質(zhì)擴散，在n型硅襯底中形成p型半導(dǎo) 體層和n型半導(dǎo)體層，得到保護用的npn元件。但是，當(dāng)由獨立的兩個 雜質(zhì)擴散步驟形成p型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層時，制造步驟變得繁雜， 伴隨有保護元件的半導(dǎo)體發(fā)光裝置成本變高。
專利文獻l:美國US-2005-0168899-A1公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的課題是容易地制造伴隨有用于保護發(fā)光二極管 不受比預(yù)定值高的反方向電壓影響的保護元件的半導(dǎo)體發(fā)光裝置困難 這一課題。
用于解決上述課題的本發(fā)明是一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法，其
特征在于，具有如下步驟
準(zhǔn)備硅襯底，該硅襯底具有一個及另一個主面，并且，包括從所述 一個主面的第一部分形成到預(yù)定深度的n型硅半導(dǎo)體層、和包圍所述n 型半導(dǎo)體層的p型半導(dǎo)體部分；
在所述硅襯底的所述一個主面上外延生長含有III族元素的第一導(dǎo) 電型化合物半導(dǎo)體，形成笫一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，并且在所述第一 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上外延生長第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體，形成第二 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，得到主半導(dǎo)體區(qū)域，同時使所述第一導(dǎo)電型化 合物半導(dǎo)體層的III族元素從所述硅襯底的所述一個主面向所述硅襯底 中熱擴散得比所述n型硅半導(dǎo)體層淺，得到p型硅半導(dǎo)體層；
除去所述主半導(dǎo)體區(qū)域的一部分，使所述硅襯底的所述一個主面的 所述第一部分露出；
在所述硅襯底的所述一個主面的所述第一部分形成溝槽，將所述p 型硅半導(dǎo)體層分割為配置在所述n型硅半導(dǎo)體層上的第一部分、和與所
述第一部分電隔離的第二部分，并且，使所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第 一部分與所述n型硅半導(dǎo)體層之間的pn結(jié)的端部、及所述硅襯底的p 型半導(dǎo)體部分與所述n型硅半導(dǎo)體層之間的pn結(jié)的端部在所述溝槽露 出；
形成第 一 電極，該第 一 電極與在所述硅襯底的所述一個主面的第二 部分上殘存的所述主半導(dǎo)體區(qū)域的所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層和 所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第一部分連接；
形成與所述硅襯底的所述p型半導(dǎo)體部分連接的第二電極。
此外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，
具有硅襯底，其具有一個及另一個主面，并且，包括以在所述一 個主面的預(yù)定部分具有第一深度的方式所形成的n型硅半導(dǎo)體層、和包 圍所述n型硅半導(dǎo)體層的p型半導(dǎo)體部分；主半導(dǎo)體區(qū)域，利用外延生 長形成在所述硅襯底的所述一個主面上，并且具有包含III族元素的第一 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層、和在所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上利用外
延生長所形成的第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層；缺口部，以使所述硅襯底 的所述一個主面的所述預(yù)定部分露出的方式形成在所述主半導(dǎo)體區(qū)域； p型硅半導(dǎo)體層，利用所述主半導(dǎo)體區(qū)域的外延生長中的所述第一導(dǎo)電 型化合物半導(dǎo)體層的III族元素的熱擴散形成在所述硅襯底中，并且離所 述硅襯底的所述一 個主面的深度是比所述第 一深度淺的第二深度；溝 槽，以將所述p型硅半導(dǎo)體層分割為配置在所述n型硅半導(dǎo)體層上的第 一部分和與所述第一部分電隔離的第二部分的方式形成在所述p型硅半
導(dǎo)體層上；第一電極，連接到所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層和所述p 型硅半導(dǎo)體層的所述第一部分；笫二電極，與所述硅襯底的所述p型半 導(dǎo)體部分連接，
由所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第 一部分與所述n型硅半導(dǎo)體層形成 第一保護二極管，由所述硅襯底的所述n型硅半導(dǎo)體層與所述p型半導(dǎo) 體部分形成第二保護二極管。
此外，能夠以將上述第一及第二電極這二者配置在上述主半導(dǎo)體區(qū) 域的 一個主面?zhèn)鹊姆绞竭M行變形。
此外，優(yōu)選在主半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置活性層。
而且，本發(fā)明的第一導(dǎo)電型為n型或p型，第二導(dǎo)電型為與第一導(dǎo) 電型相反的p型或n型。
將由外延生長形成主半導(dǎo)體區(qū)域時III族元素向硅襯底上擴散從而 必然性地產(chǎn)生的p型硅半導(dǎo)體層的一部分用作過電壓保護元件的一部 分。因此，能夠謀求伴隨有pnp結(jié)構(gòu)或npn結(jié)構(gòu)的保護元件即等價地多 個保護二極管的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的成本降低。


'
圖l是表示具有本發(fā)明實施例1的保護二極管的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的 剖面圖。
圖2是表示圖1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造中硅襯底及主半導(dǎo)體區(qū)域 的剖面圖。
圖3是圖2 (A)的硅襯底的平面圖。
圖4是圖1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路圖。
圖5是表示圖1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)光二極管和保護二極管的電 壓-電流特性的圖。
圖6是實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的平面圖。 圖7是圖6的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的A-A線剖面圖。 圖8是表示圖7的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造中硅襯底及主半導(dǎo)體區(qū)域 的剖面圖。
圖9是圖7的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路圖。 圖IO是與圖7相同地表示實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖面圖。 圖11是圖IO的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路圖。 圖12是與圖7相同地表示實施例4的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖面圖。 圖13是圖12的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路圖。 圖14是與圖7相同地表示實施例5的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖面圖。 圖15是表示圖14的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造中硅襯底及主半導(dǎo)體區(qū) 域的剖面圖。
圖16是圖14的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路圖。
符號說明
3、 3a、 3b 硅襯底
4、 4a 主半導(dǎo)體區(qū)域 5第一電極
6 第二電極
8 n型硅半導(dǎo)體層
9 p型硅半導(dǎo)體層
具體實施例方式
然后，參照圖1 ~圖16對本發(fā)明的實施方式進行說明。 實施例1
圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有硅襯底3，具有在保護二極管的 結(jié)構(gòu)中所利用的第一部分1、和對發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)有貢獻的第二部分 2;在硅襯底3的第二部分2上所配置的發(fā)光二極管用的主半導(dǎo)體區(qū)域4; 第一電極5;第二電極6。
對于硅襯底3來說，除了 p型半導(dǎo)體部分7以外，具有n型硅半導(dǎo) 體層8和p型硅半導(dǎo)體層9。在硅襯底3上形成n型半導(dǎo)體層8和p型 硅半導(dǎo)體層9之前，由于硅襯底3的整體為p型，因此也可以將硅襯底
3稱為p型硅襯底。硅襯底3具有作為由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的主半導(dǎo)體 區(qū)域4的生長襯底的功能、及用于形成保護二極管的功能，從其一個主 面11到另一個主面12的厚度比4支厚，例如為350pm。
對于珪襯底3中的p型半導(dǎo)體部分7來說，由以例如5xl018cm-3 ~ 5xl019cm—3左右的濃度摻雜有起到p型雜質(zhì)即受主雜質(zhì)功能的例如B (硼)等m族元素的p型硅構(gòu)成，并且具有O.OOOin'cm-O.OlQ'cm左 右的較低的電阻率，具有作為第一及第二電極5、 6間的電流通路的功 能、及作為保護二極管用的p型半導(dǎo)體區(qū)域的功能。
在硅襯底3的第一部分1,將n型雜質(zhì)從硅襯底3的一個主面11擴 散到第一深度(例如，0.1~10|xm),由此，形成n型硅半導(dǎo)體層8。
p型硅半導(dǎo)體層9從硅襯底3的一個主面11形成到比第 一深度淺的 笫二深度(例如，5~20nm)。但是，對于p型硅半導(dǎo)體層9來說，不 是通過獨立的特別的雜質(zhì)擴散步驟形成的，而是在硅襯底3上外延生長 主半導(dǎo)體區(qū)域4時，ni族元素從主半導(dǎo)體區(qū)域4向硅襯底3熱擴散，由 此，自然發(fā)生地產(chǎn)生的。對于該p型硅半導(dǎo)體層9來說，利用環(huán)狀地形 成在硅襯底3的一個主面11的第一部分上的溝槽13，分割為第一部分 14和第二部分15。 p型硅半導(dǎo)體層9的第一部分14位于n型硅半導(dǎo)體 層8上，p型硅半導(dǎo)體層9的第二部分15位于硅襯底3的p型半導(dǎo)體部 分7上。p型硅半導(dǎo)體層9的第一部分14和n型硅半導(dǎo)體層8之間的 pn結(jié)在溝槽13的壁面露出。此外，硅襯底3的p型半導(dǎo)體部分7和n 型硅半導(dǎo)體層8之間的pn結(jié)也在溝槽13的壁面露出。其結(jié)果是，由p 型硅半導(dǎo)體層9的第一部分14、 n型硅半導(dǎo)體層8、硅襯底3的p型半 導(dǎo)體部分7形成圖4中等價地示出的第一及第二保護二極管34、 35用 的pnp結(jié)構(gòu)。
配置在硅襯底3的第二部分2上的發(fā)光二極管用的主半導(dǎo)體區(qū)域 4,由在p型半導(dǎo)體層9的第二部分15上依次形成的n型(第一導(dǎo)電型) 緩沖層16、 n型(第一導(dǎo)電型)化合物半導(dǎo)體層17、活性層18、 p型(第 二導(dǎo)電型)化合物半導(dǎo)體層19構(gòu)成，具有從一個主面42到另一個主面 43的孔即缺口部21。通過刻蝕，以具有漏斗狀壁面的方式形成缺口部 21,在其底面，p型硅半導(dǎo)體層9的第一部分14露出。
對于n型緩沖層16來說，優(yōu)選以在由III族元素和氮氣構(gòu)成的n型 氮化物半導(dǎo)體、例如由如下化學(xué)式表示的氮化物半導(dǎo)體中添加有n型雜 質(zhì)(施主雜質(zhì))的材料構(gòu)成，該化學(xué)式為AlalnbGa!-a-bN,此處，a以及 b是滿足0《a《1、 0《b<l、 a+b〈l的數(shù)值。即，優(yōu)選緩沖層16由/人 A1N(鋁)、AlInGaN (氮化鋁銦鎵)、GaN (氮化鎵)、AlInN (氮化鋁 銦)、AlGaN (氮化鋁鎵)中選擇的材料構(gòu)成，更優(yōu)選由氮化鋁銦鎵 (AlInGaN)構(gòu)成。上述化學(xué)式中的a優(yōu)選為0.1 -0.7， b優(yōu)選為0.0001 ~ 0.5。該實施例1的緩沖層16的組成為Alo.5ln。.wGa。.49N。
緩沖層16具有緩沖功能，用于使硅襯底3的面方位與形成在其上 的n型化合物半導(dǎo)體層17良好地承繼。為了良好地發(fā)揮該緩沖功能， 優(yōu)選緩沖層16具有10nm以上的厚度。但是，為了防止緩沖層16的裂 紋，優(yōu)選使緩沖層16的厚度為500nm以下。本實施例1的緩沖層16的 厚度為30nm。
緩沖層16也能夠以由互不相同的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個緩沖層 的層疊體構(gòu)成。該層疊體的優(yōu)選例為A1N層和InGaN層的組合。
配置在緩沖層16上的n型化合物半導(dǎo)體層17起到雙異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu) 的發(fā)光二極管的n型覆蓋層的功能，優(yōu)選由在以如下化學(xué)式表示的氮化 物半導(dǎo)體中添加有n型雜質(zhì)的材料構(gòu)成，即，該化學(xué)式為AlxInyGaLx-yN, 此處，x及y是滿足0《x〈1、 0《y〈l的數(shù)值，更優(yōu)選由具有2|iim左 右厚度的n型GaN構(gòu)成。而且，由于緩沖層16是n型化合物半導(dǎo)體， 因此也可以將緩沖層16考慮為n型化合物半導(dǎo)體層17的一部分。此外， 也可以省略緩沖層16而直接在硅襯底3上形成n型化合物半導(dǎo)體層17。
優(yōu)選形成在n型化合物半導(dǎo)體層17上的活性層18由以如下化學(xué)式 表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
AlxInyGa^x-yN
此處，x及y是滿足(Xx〈1、 (Xy〈l的數(shù)〈直。
本實施例的活性層18由氮化銦鎵(InGaN)形成。而且，在圖1中， 概略性地示出活性層18為一個層，但是，實際上具有公知的多量子阱 結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也可以由一個層構(gòu)成活性層18。此外，在本實施例中，沒 有向活性層18中摻雜導(dǎo)電型決定雜質(zhì)，但也可以摻雜p型或n型雜質(zhì)。 此外，在不需要作成雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的情況下，能夠省略活性層18而直接 在n型化合物半導(dǎo)體層17上形成p型化合物半導(dǎo)體層19。
配置在活性層18上的p型化合物半導(dǎo)體層19也可以稱為P型覆蓋 層，優(yōu)選由在以如下化學(xué)式表示的氮化物半導(dǎo)體中添加有p型雜質(zhì)的材
料構(gòu)成，該化學(xué)式為AlJnyGa^x-yN，此處，x及y是滿足0《x〈1、 0< y<l的數(shù)值，更加優(yōu)選由厚度為500nm左右的p型GaN構(gòu)成。
在p型化合物半導(dǎo)體層19上配置透光性導(dǎo)電膜20。該透光性導(dǎo)電 膜20由氧化銦(ln203 )和氧化錫(Sn02)的混合物、或者銀(Ag)、 或銀合金等構(gòu)成，并具有能夠使從活性層18發(fā)出的光透射的比較薄的 厚度(例如10nm)，且與p型化合物半導(dǎo)體層19電阻性接觸。該透光 性導(dǎo)電膜20有助于活性層18的電流分布均勻化。若在電流分布均勻化 的要求較低的情況下，能夠省略透光性導(dǎo)電膜20。
第一電極5由金屬層構(gòu)成，與透光性導(dǎo)電膜20歐姆接觸，并且通 過缺口部21與p型硅半導(dǎo)體層9的第一的p型部分14歐姆接觸。此夕卜， 在該缺口部21的底面環(huán)狀地形成如前所述的溝槽13。由絕緣膜22覆蓋 主半導(dǎo)體區(qū)域4的緩沖層16、 n型化合物半導(dǎo)體層17、活性層18及p 型化合物半導(dǎo)體層19露出的缺口部21的壁面、以及硅襯底3的溝槽13 的壁面及底面。因此，第一電極5從缺口部21的壁面、溝槽13的壁面 及底面電隔離。
第一電極5除了具有用于將透光性導(dǎo)電膜20和第二 p型硅半導(dǎo)體 層9的第一部分14進行電連接的功能以外，還具有作為用于對未圖示 的引線等連接構(gòu)件進行焊接的焊盤的功能。為了具有焊盤功能，第一電 極5形成得較厚，具有不透光性。但是，構(gòu)成發(fā)光二極管的主半導(dǎo)體區(qū) 域4的大部分未被第一電極5覆蓋，因此，從活性層18向上方發(fā)射的 光幾乎不被第一電極5妨礙地被取出。硅襯底3的第一部分1、 n型硅 半導(dǎo)體層8及p型硅半導(dǎo)體層9的第一部分14配置在具有焊盤功能的 第一電極5之下，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的小型化。在圖1的 實施例中，第一電極5具有與缺口部21對應(yīng)的凹部，但是，為了容易 地進行引線的焊接，在圖1中如虛線所示，也可以將第一電極5的上表 面作成平坦面。
對伴隨有圖1的過電壓保護二極管的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法的 一例進行說明。首先，準(zhǔn)備圖2 (A)所示的p型硅襯底3',在該硅襯 底3'的中央部分?jǐn)U散n型雜質(zhì)，形成n型硅半導(dǎo)體層8'。而且，對 于該n型硅半導(dǎo)體層8'來說，如圖3所示，形成在平面地觀察以虛線 表示的第一電極5的內(nèi)側(cè)。
然后，如圖2 ( B )所示，通過公知的OMVPE ( Organometallic VaporPhase Epitaxy)即有機金屬氣相生長法，在圖2 (A)的硅襯底上形 成與圖1的主半導(dǎo)體區(qū)域4對應(yīng)的主半導(dǎo)體區(qū)域4'。并且，詳細地H兌 明，首先，在未圖示的反應(yīng)室內(nèi)配置硅襯底3',使^:襯底3'為IOO(TC 以上的預(yù)定溫度，例如為1000- 1100。C，以所希望的比例在反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo) 入三甲基鋁氣體(以下稱為TMA)、三甲基銦氣體(以下稱TMI)、 三曱基鎵氣體(以下稱為TMG)、氨氣、硅烷氣體(SiH4),在硅襯底 上外延生長由n型氮化鋁銦鎵(AlInGaN)構(gòu)成的緩沖層16'。而 且，硅烷(SiH4)的Si (硅)起到n型雜質(zhì)的功能。
然后，使硅襯底3'的溫度為1000- 1100°C，以預(yù)定比例向反應(yīng)室 提供TMG、硅烷(SiH4)和氨氣，在緩沖層16'上形成由n型GaN構(gòu) 成的n型化合物半導(dǎo)體層17'。
然后，使硅襯底3'的溫度下降到800°C,然后，以預(yù)定比例向反 應(yīng)室提供TMG、 TMI和氨氣，形成例如由InG.。2Gao.98N構(gòu)成并且具有 13nm厚度的阻擋層，改變TMI的比例，形成例如由InQ.2Gaa8N構(gòu)成并 且具有例如3nm厚度的阱層。例如反復(fù)四次進行該阻擋層及阱層的形 成，由此，得到多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層18'。
然后，將石圭襯底的溫度上升到1000~1100°C,以預(yù)定比例向 OMVPE裝置的反應(yīng)室內(nèi)提供例如三曱基鎵(TMG)、氨氣、二茂鎂氣 體(以下稱Cp2Mg),在活性層18'上形成由p型GaN構(gòu)成的p型化 合物半導(dǎo)體層19'。而且，鎂(Mg)起到p型雜質(zhì)的功能。
利用外延生長主半導(dǎo)體區(qū)域4'時的熱量，主半導(dǎo)體區(qū)域4'的m 族元素例如構(gòu)成n型緩沖層16'的Ga、 Al、 In的一部分向硅襯底 擴散，生成p型硅半導(dǎo)體層9'。而且，III族元素相對于硅起到p型雜 質(zhì)的功能。主半導(dǎo)體區(qū)域4'的III族元素即使向硅襯底3'的p型半導(dǎo) 體部分7'擴散，導(dǎo)電型也不變化。但是，III族元素擴散到硅襯底 的n型硅半導(dǎo)體層8'的部分轉(zhuǎn)換為p型硅半導(dǎo)體層。由于p型硅 半導(dǎo)體層9'的深度比n型硅半導(dǎo)體層8'的深度淺，因此，n型硅半導(dǎo) 體層8'殘留在p型硅半導(dǎo)體層9'之下。
然后，如圖2(B)中虛線所示，刻蝕除去主半導(dǎo)體區(qū)域4'的一部 分，形成缺口部21,得到圖1所示的發(fā)光二極管用的主半導(dǎo)體區(qū)域4。 此外，利用刻蝕，在以硅襯底3'的一個主面11露出的方式所形成的缺 口部21的底面，形成圖2(B)中以虛線表示的環(huán)狀溝槽13，將圖2(B)
的p型硅半導(dǎo)體層9'分割為圖1的第一及第二部分14、 15。而且，對 于溝槽13來說，n型硅半導(dǎo)體層8'的外圍部分也除去，使n型硅半導(dǎo) 體層8'與p型硅半導(dǎo)體層9'的第一部分14之間的pn結(jié)的端部在溝 槽13露出。
然后，在p型化合物半導(dǎo)體層19上形成透光性導(dǎo)電膜20。
然后，以覆蓋缺口部21的壁面及底面的一部分、溝槽13的壁面及
底面的方式形成絕緣膜22。而且，也可以與透光性導(dǎo)電膜20相比先形
成絕緣膜22。
然后，利用例如金屬的蒸鍍形成第一及第二電極5、 6,完成伴隨有 保護二極管的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
圖4是圖1的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路。該圖4的等價電路的第 一及笫二端子31、 32與圖1的第一及第二的電極5、 6相對應(yīng)。連接在 第一及第二端子31、 32之間的發(fā)光二極管33與圖l的化合物半導(dǎo)體區(qū) 域4相對應(yīng)。在圖4中，與發(fā)光二極管33并聯(lián)連接的第一保護二才及管 34與圖1的p型硅半導(dǎo)體層9的第一部分14和n型硅半導(dǎo)體層8之間 的pn結(jié)相對應(yīng)。具有相對于第一保護二極管34相反的方向性、并且與 其串聯(lián)連接的第二保護二極管35,與圖1的n型硅半導(dǎo)體層8和硅襯底 3的p型半導(dǎo)體部分7之間的pn結(jié)相對應(yīng)。
表示圖5的實線所示的電壓V和電流I關(guān)系的特性線A,、八2示出 圖4的發(fā)光二極管33的正方向及反方向特性，圖5中虛線所示的特性 線Bi表示第二保護二極管35的反方向特性，圖5中虛線所示的特性線 B2表示第一保護二極管34的反方向特性。第一保護二極管34的正向的 導(dǎo)通開始電壓(上升電壓)與第二保護二極管35的反方向的擊穿電壓 相比充分低。此外，笫二保護二極管35的正向的導(dǎo)通開始電壓(上升 電壓)與第一保護二極管34的反方向的擊穿電壓相比充分低。
當(dāng)對發(fā)光二極管33施加比由特性線B2所示的第一保護二極管34 的擊穿電壓高的浪涌電壓等反方向電壓時，在第二保護二極管35導(dǎo)通 的同時，保護二極管34擊穿，由第一及第二保護二極管34、 35構(gòu)成的 旁路電路中通過電流，發(fā)光二極管33的陽極陰極間電壓被第一保護二 極管34的擊穿電壓限制，保護發(fā)光二極管33不受反方向的過電壓影響。 向發(fā)光二極管33施加比第一保護二極管34的擊穿電壓低的電壓時，第 一保護二極管34保持為非導(dǎo)通狀態(tài)。因此，由發(fā)光二極管33和第一及
第二保護二極管34、 35構(gòu)成的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的反方向耐壓由第一保 護二極管34的擊穿電壓決定。
如特性線Bi所示，第二保護二極管35的擊穿電壓比發(fā)光二極管33 的正向電壓高。因此，向發(fā)光二極管33施加正常的正方向驅(qū)動電壓時， 第二保護二極管35保持為非導(dǎo)通。因此，第一及第二保護二極管34、 35不妨礙發(fā)光二極管33的正常的正方向動作。
本實施例1具有以下的優(yōu)點。
(1) 為了得到第一保護二極管34而需要的p型硅半導(dǎo)體層9的第一 部分14,是利用使主半導(dǎo)體區(qū)域4'外延生長時產(chǎn)生的III族元素的熱擴 散而自然而然地得到的，因此不需要獨立的特別的擴散步驟，從而能夠 謀求制造成本的降低。
(2) 利用p型硅半導(dǎo)體層9的第一部分14、 n型硅半導(dǎo)體層8、 p型 半導(dǎo)體部分7得到p叩結(jié)構(gòu)，等價地得到第一及第二保護二極管34、 35。 由于第一及第二保護二極管34、 35具有彼此相反的方向性，因此，發(fā) 光二極管33和笫一及第二保護二極管34、 35的復(fù)合半導(dǎo)體裝置的反方 向耐壓提高。其結(jié)果是，能夠?qū)l(fā)光二極管33使用于要求比較高的反 方向耐壓的電路中。
(3) 由于硅襯底3的第一部分1、 n型硅半導(dǎo)體層8及p型硅半導(dǎo)體 層9的第一部分14配置在具有焊盤功能的第一電極5之下，因此，能 夠抑制由設(shè)置第一及第二保護二極管34、 35所導(dǎo)致的半導(dǎo)體發(fā)光裝置 的大型化。
實施例2
然后，參照圖6~圖9，對伴隨有實施例2的過電壓保護單元的半 導(dǎo)體發(fā)光裝置進行說明。但是，圖6~圖9及后述的圖10~圖16中， 對實際上表示與實施例1的圖1 ~圖4相同的部分及各實施例間彼此相 同的部分賦予相同的參照數(shù)字，相互間利用尾標(biāo)區(qū)分，從而省略4皮此之 間實際上相同的部分的iJL明。
對于圖6~圖9所示的實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光裝置來說，將在硅襯 底3a上外延生長主半導(dǎo)體區(qū)域4a時自然而然產(chǎn)生的p型硅半導(dǎo)體層9a 使用于保護二極管的形成這一技術(shù)性思想與實施例1相同，但是，第一 及第二電才及5a、 6a的配置、及硅襯底3a的導(dǎo)電型與實施例1不同。以 下詳細地進行說明。
圖7的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的硅襯底3a也與圖1相同地，具有保護二 極管用的第一部分la、發(fā)光二極管用的第一部分2a。此外，硅襯底3a 也具有外延生長主半導(dǎo)體區(qū)域4a時產(chǎn)生的p型硅半導(dǎo)體層9a。因此， 硅襯底3a由p型硅半導(dǎo)體層9a和與其相鄰的n型半導(dǎo)體部分7a構(gòu)成。
形成在硅襯底3a的一個主面11上的主半導(dǎo)體區(qū)域4a包括n型纟爰沖 層16a、 n型化合物半導(dǎo)體層17a、活性層18a、 p型化合物半導(dǎo)體層19a。 該主半導(dǎo)體區(qū)域4a具有第一缺口部21a，其具有到達硅襯底3a的一 個主面11的深度；第二缺口部40,用于使n型化合物半導(dǎo)體層17a的 一部分露出。此外，硅襯底3a具有以將n型半導(dǎo)體部分7a露出的方式 通過除去p型硅半導(dǎo)體層9a而形成的笫三缺口部13a。該第三缺口部13a 連續(xù)地形成在第一缺口部21a上。
在p型化合物半導(dǎo)體層9a上形成透光性導(dǎo)電膜20a。第一電極5a 與透光性導(dǎo)電膜20a進行歐姆接觸、并且也與硅襯底3a的n型半導(dǎo)體部 分7a進行歐姆接觸。第二電極6a與在第二缺口部40露出的n型化合物 半導(dǎo)體層17a的表面40a進行歐姆接觸。在硅襯底3a的另一個主面12 形成絕緣膜41。
然后，參照圖8，對圖7的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法進行說明。 首先，準(zhǔn)備圖8 ( A)所示的n型硅襯底3a'，與圖2(B)相同地， 利用外延生長法，在其上形成由緩沖層16' 、 n型化合物半導(dǎo)體層17'、 活性層18'、及p型化合物半導(dǎo)體層19'構(gòu)成的主半導(dǎo)體區(qū)域4'。在 該外延生長中，主半導(dǎo)體區(qū)域4'的III族元素向硅襯底3a'熱擴散，產(chǎn) 生p型硅半導(dǎo)體層9a。
然后，如圖8(C)所示，以公知的各向異性刻蝕除去主半導(dǎo)體區(qū) 域4'的一部分，形成由從主半導(dǎo)體區(qū)域4'的一個主面42到另一個主 面43的孔構(gòu)成的第一缺口部21a，并且，除去p型硅半導(dǎo)體層9a的一 部分，在第一缺口部21a形成連續(xù)的第三缺口部13a, 4吏硅襯底3a的n 型半導(dǎo)體部分7a的一部分露出。此外，以各向異性刻蝕除去p型化合 物半導(dǎo)體19'和活性層18'的一部分，形成第二缺口部40,使n型化 合物半導(dǎo)體層17'露出。由此，得到與圖8(B)的硅襯底3a'、化合 物半導(dǎo)體區(qū)域4'、緩沖層16' 、 n型化合物半導(dǎo)體層17'、活性層18' 及p型化合物半導(dǎo)體層19'相對應(yīng)的圖8(C)的硅襯底3a、化合物半 導(dǎo)體區(qū)域4a、緩沖層16a、 n型化合物半導(dǎo)體層17a、活性層18a及p型
化合物半導(dǎo)體層19a。
而且，能夠任意地改變第一缺口部21a和第二缺口部40的形成順 序、及第二缺口部40和第三缺口部13a的形成順序。此外，也可以4吏 第一、第二及第三缺口部21a、 40、 13a的壁面與圖1所示的缺口部21 相同地成為傾斜壁面。
然后，如圖7所示，在p型化合物半導(dǎo)體層19a上形成透光性導(dǎo)電 膜20a。然后，以覆蓋第一及第三缺口部21a、 13a的壁面的方式形成絕 緣膜22a。
然后，形成與透光性導(dǎo)電膜20a進行歐姆接觸、且與硅襯底3a的n 型半導(dǎo)體部分7a進行歐姆接觸的第一電極5a。即，在第一及第三缺口 部21a、 13a的中和透光性導(dǎo)電膜20a的一部分上形成第一電4及5a。該 第一電極5a與圖1的實施例1的第一電極5相同地具有焊盤功能。與 第一電極5a同時或在另外的步驟中，在n型化合物半導(dǎo)體層17a的露出 面40a上形成第二電極6a。該第二電極6a由與n型化合物半導(dǎo)體層17a 歐姆接觸的金屬構(gòu)成。然后，在硅襯底3a的另一個主面12上形成絕緣 膜41,從而完成半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
圖9表示圖7的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路。該圖9中的笫一及第 二的端子31a、 32a與圖7的第一及第二電極5a、 6a相對應(yīng)。圖9的發(fā) 光二極管33a與圖7的硅襯底3a的第二部分2a上的n型化合物半導(dǎo)體 層17a、活性層18a、 p型化合物半導(dǎo)體層19a相對應(yīng)。圖9的第一保護 二極管34a,與硅襯底3a的n型半導(dǎo)體部分7a和p型硅半導(dǎo)體層9a之 間的pn結(jié)相對應(yīng)，并且相對于發(fā)光二極管33a反方向并聯(lián)連接。圖9 的第二保護二極管35a,與圖7的p型硅半導(dǎo)體層9a和緩沖層16a之間 的pn結(jié)相對應(yīng)，相對于第一保護二極管34a具有相反極性且串聯(lián)連接， 并且，相對于發(fā)光二極管33a正向并聯(lián)連接。
圖9的等價電路與圖4的等價電路實質(zhì)上相同，因此利用圖7的實 施例2,也可以得到與圖1的實施例1相同的效果。即，實施例2具有 以下的優(yōu)點。
(1 )使用由外延生長來形成化合物半導(dǎo)體區(qū)域4a時自然而然地產(chǎn) 生的p型硅半導(dǎo)體層9a,構(gòu)成笫一及笫二的保護二極管43a、 35a,因此 能夠降低具有過電壓保護單元的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的成本。
(2)將第一及第二電極5a、 6a這二者配置在化合物半導(dǎo)體區(qū)域4a
的一個主面42側(cè)，因此，針對外部電路的電連接變得容易。
(3)將笫一及第二保護二極管34a、 35a用的n型半導(dǎo)體部分7a、 p型硅半導(dǎo)體層9a、 n型緩沖層16a、 n型化合物半導(dǎo)體層17a配置在第 二電極6a之下，因此，平面地觀察，不需要第一及第二保護二極管34a、 35a用的特別的空間，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的小型化。 實施例3
對于圖10所示的實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光裝置來說，除了具有變形 后的硅襯底3b以外，與圖7實質(zhì)上同樣地形成。對于圖10的硅襯底3b 來說，除了 n型半導(dǎo)體部分7b以外，還具有主半導(dǎo)體區(qū)域4a的外延生 長時自然而然產(chǎn)生的p型硅半導(dǎo)體層9b。該p型硅半導(dǎo)體層9b實質(zhì)上 為與圖7的p型硅半導(dǎo)體層9a相同的區(qū)域。但是，圖10的p型硅半導(dǎo) 體層9b具有由環(huán)狀溝槽構(gòu)成的第三缺口部13b,利用該第三缺口部13b 分割為第一部分9bl和第二部分9b2。更為詳細地，以乂人主半導(dǎo)體區(qū)域 4a的一個主面42到另一主面43的方式形成第一缺口部21b，在該第一 缺口部21b的底面環(huán)狀地形成第三缺口部13b。因此，p型硅半導(dǎo)體層 9b在第 一缺口部21b的底面露出，硅襯底3b的n型半導(dǎo)體部分7b在第 三缺口部13b的底面露出。
絕緣膜22b覆蓋第一缺口部21b及第三缺口部13b的壁面。第一電 極5b與透光性導(dǎo)電膜20a歐姆接觸，并且也與p型硅半導(dǎo)體層9b的第 一部分9bl歐姆接觸。圖10的第二電極6a與圖7相同地與n型化合物 半導(dǎo)體層17a進行歐姆接觸。
圖10的實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，除了以產(chǎn)生p型硅半導(dǎo)體 層9b的第一部分9bl的方式形成第三缺口部13b這一點外，以與圖7 的實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光裝置相同的方法制造。
圖11表示圖10的實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路。該圖11 的第一及第二端子31b、 32b與圖10的第一及第二電極5b、 6a相對應(yīng)， 發(fā)光二極管33a與圖10的n型化合物半導(dǎo)體層16a、活性層17a、 p型 化合物半導(dǎo)體層19a相對應(yīng)，第一保護二極管34a和圖10的n型半導(dǎo)體 部分7b與p型硅半導(dǎo)體層9b的第二部分9b2之間的pn結(jié)相對應(yīng)，第 二保護二極管35a與p型硅半導(dǎo)體層9b的第二部分9b2和n型緩沖層 16a之間的pn結(jié)相對應(yīng)，新追加的第三保護二極管36與p型硅半導(dǎo)體 層9b的第一部分9bl和n型半導(dǎo)體部分7b之間的pn結(jié)相對應(yīng)。在實
施例3中追加的第三保護二極管36相對于第一及第二保護二極管34a、 35a串聯(lián)連接、并且具有與第二保護二極管35a相同的方向性。因此， 第二及第三保護二極管35a、 36的組合的反方向擊穿電壓與圖5的特性 線B2相同地，設(shè)定得比發(fā)光二極管33a的擊穿電壓低。第一保護二^l管 34a的擊穿電壓與圖5的特性線B!相同地，設(shè)定得比發(fā)光二極管33a的 導(dǎo)通開始電壓(上升電壓)高。
對于圖IO的實施例IO的半導(dǎo)體發(fā)光裝置來說，除了具有與圖7的 實施例2相同的效果以外，還具有能夠使反方向耐壓提高所追加的第三 保護二極管36的部分這一效果。
實施例4
對于圖12所示的實施例4的半導(dǎo)體發(fā)光裝置來說，除了具有用于 在第 一 電極5c和硅襯底3a的n型半導(dǎo)體部分7a之間構(gòu)成肖特基勢壘二 極管的金屬層50這一點以外，其他與圖7相同地構(gòu)成。作為肖特基電 極的金屬層50形成在第三缺口部13a中，并與硅襯底3a的n型半導(dǎo)體 部分7a進行肖特基接觸。而且，肖特基金屬層50被絕緣膜22a從p型 硅半導(dǎo)體層9a及主半導(dǎo)體區(qū)域4a電隔離。第一電極5c與透光性導(dǎo)電膜 20a進行歐姆接觸，并且也與肖特基金屬層50進行歐姆接觸。而且，能 夠以與肖特基金屬層50相同的材料形成第 一電極5c。
對于圖12的半導(dǎo)體發(fā)光裝置來說，除了形成肖特基金屬層50的步 驟以外，以與圖7的實施例2相同的方法形成。
圖13表示圖12的實施例4的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路。圖13 的第一及第二端子31c、 32c與圖12的第一及第二電極5c、 6a相對應(yīng)， 發(fā)光二極管33a與n型化合物半導(dǎo)體層16a、,舌性層18a、 p型化合物半 導(dǎo)體層19a相對應(yīng)，第一保護二極管34a與n型半導(dǎo)體部分7a和p型硅 半導(dǎo)體層9a之間的pn結(jié)相對應(yīng)，第二保護二極管35a與p型硅半導(dǎo)體 層9a和n型緩沖層16a之間的pn結(jié)相對應(yīng)，所追加的第三保護二極管 36a與金屬層50和n型半導(dǎo)體層7a之間的肖特基勢壘相對應(yīng)。由圖13 的肖特基勢壘二極管構(gòu)成的第三保護二極管36a,與圖11的第三保護二 極管36相同地，相對于第一及第二保護二極管34a、 35a串聯(lián)連接、并 且具有與第二保護二極管35a相同的方向性。因此，利用圖12的實施 例4,也能夠得到與圖10的實施例3相同的效果。
實施例5對于圖14所示的實施例5的半導(dǎo)體發(fā)光裝置來說，具有變形后的 硅襯底3b,其他實質(zhì)上與圖7相同地構(gòu)成。圖14的硅襯底3b與圖l的 實施例1的硅襯底3相同地，除了 p型半導(dǎo)體部分7b以外，還具有n 型硅半導(dǎo)體層8a及p型硅半導(dǎo)體層9a。在圖1中，利用僅來自硅襯底3 的一個主面11 一部分的選擇擴散，形成n型硅半導(dǎo)體層8,但是，圖 14的n型硅半導(dǎo)體層8a是利用硅襯底3b的一個主面11的整體的擴散 形成的。圖14的p型硅半導(dǎo)體層9a與圖1的p型硅半導(dǎo)體層9相同地， 在主半導(dǎo)體區(qū)域4a的外延生長時自然而然地產(chǎn)生。
形成在圖14的硅襯底3b上的第三缺口部13b以將p型半導(dǎo)體部分 7b露出的方式形成，并與第一缺口部21a連續(xù)。第一電極5d與透光性 導(dǎo)電膜20a歐姆接觸，并且也與硅襯底3b的p型半導(dǎo)體部分7b歐姆接 觸。絕緣膜22b覆蓋第一缺口部21a及第三缺口部13b的壁面。
在制造圖14的半導(dǎo)體發(fā)光裝置時，首先，向p型硅襯底的一個主 面注入(implant) n型雜質(zhì)、并且進行擴散，從而形成圖5(A)所示的 n型硅半導(dǎo)體層8a'。然后，與圖2 (B)及圖8 (B)相同地，利用外 延生長，在由p型半導(dǎo)體部分7t/和n型半導(dǎo)體層8a'構(gòu)成的硅襯底 3b'的一個主面形成主半導(dǎo)體區(qū)域4'。在該外延生長時，n型緩沖層
16'及n型化合物半導(dǎo)體層n'的in族元素向硅襯底3b'熱擴散，從
而得到p型硅半導(dǎo)體層9a'。由于p型硅半導(dǎo)體層9a'的深度比n型硅 半導(dǎo)體層8a的深度淺，因此在p型硅半導(dǎo)體層9a'和p型半導(dǎo)體部分 7b之間殘留n型硅半導(dǎo)體層8a'。
然后，除去圖15 (B)的主半導(dǎo)體區(qū)域4a的第一部分和第二部分， 由此，形成圖15 (C)所示的第一及第二缺口部21a、 40,此外，除去 硅襯底3b的一部分，由此形成第三缺口部13b。然后，形成圖14的絕 緣膜22b、 41、第一及第二電極5d、 6a，從而完成半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
圖16表示圖14的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的等價電路。圖16的第一及第 二端子31d、 32d與圖14的第一及第二電極5d、 6a相對應(yīng)，發(fā)光二極 管33a與n型化合物半導(dǎo)體層17a、活性層18a、 p型化合物半導(dǎo)體層19a 相對應(yīng)，第一保護二極管34與硅襯底3b的p型半導(dǎo)體部分7b和n型 硅半導(dǎo)體層8a之間的pn結(jié)相對應(yīng)，笫二保護二極管35與n型硅半導(dǎo) 體層8a和p型硅半導(dǎo)體層9a之間的pn結(jié)相對應(yīng)，第三保護二極管36b 與p型硅半導(dǎo)體層9a和n型緩沖層16a之間的pn結(jié)相對應(yīng)。第三保護
二極管36b相對于第一及第二保護二極管34、 35串聯(lián)連接、并且具有 與第一保護二極管34相同的方向性。因此，利用笫一保護二極管34和 第三保護二極管36b的組合，得到所希望的反方向耐壓。
圖16的等價電路實質(zhì)上與圖11及圖13的等價電路相同。因此， 利用圖14的實施例，也能夠得到與圖ll及圖13的實施例相同的效果。
本發(fā)明不限于上述的實施例，例如，能夠進行如下變形。 (1 )將圖1、圖10、圖12及圖14的實施例1、 3、 4、 5的主半導(dǎo) 體區(qū)域4、 4a中的n型緩沖層16、 16a及n型化合物半導(dǎo)體層17、 17a 變?yōu)閜型緩沖層及p型化合物半導(dǎo)體層，從而能夠?qū)型化合物半導(dǎo)體 層19、 19a變?yōu)閚型化合物半導(dǎo)體層。
(2)在圖1的實施例中，能夠?qū)⒌诙姌O6配置在硅襯底3的一 個主面11上。
(3 )能夠在主半導(dǎo)體區(qū)域4或4a上設(shè)置公知的電流分散用化合物 半導(dǎo)體層及歐姆接觸用化合物半導(dǎo)體層。
(4) 能夠省略透光性導(dǎo)電膜20或20a而使笫一電極5、 5a、 5c或 5d與p型化合物半導(dǎo)體層19或19a直接連接。此外，能夠在p型化合 物半導(dǎo)體層19或19a上配置網(wǎng)狀或格子狀的導(dǎo)電膜來代替透光性導(dǎo)電 膜20。
(5) 能夠不將笫一缺口部21或21a孔狀地形成在主半導(dǎo)體區(qū)域4 或4a的一個主面42中而溝槽狀地形成在主半導(dǎo)體區(qū)域4或4a的側(cè)面。
(6) 優(yōu)選主半導(dǎo)體區(qū)域4或4a由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，但也能夠由 除此以外的其他化合物半導(dǎo)體形成。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，具有如下步驟:準(zhǔn)備硅襯底，該硅襯底具有一個及另一個主面，并且，包括從所述一個主面的第一部分形成到預(yù)定深度的n型硅半導(dǎo)體層、和包圍所述n型半導(dǎo)體層的p型半導(dǎo)體部分；在所述硅襯底的所述一個主面上外延生長含有III族元素的第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體，形成第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，并且在所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上外延生長第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體，形成第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，得到主半導(dǎo)體區(qū)域，同時使所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的III族元素從所述硅襯底的所述一個主面向所述硅襯底中熱擴散得比所述n型硅半導(dǎo)體層淺，得到p型硅半導(dǎo)體層；除去所述主半導(dǎo)體區(qū)域的一部分，使所述硅襯底的所述一個主面的所述第一部分露出；在所述硅襯底的所述一個主面的所述第一部分形成溝槽，將所述p型硅半導(dǎo)體層分割為配置在所述n型硅半導(dǎo)體層上的第一部分、和與所述第一部分電隔離的第二部分，并且，使所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第一部分與所述n型硅半導(dǎo)體層之間的pn結(jié)的端部、及所述硅襯底的p型半導(dǎo)體部分與所述n型硅半導(dǎo)體層之間的pn結(jié)的端部在所述溝槽露出；形成第一電極，該第一電極與在所述硅襯底的所述一個主面的第二部分上殘存的所述主半導(dǎo)體區(qū)域的所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層和所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第一部分連接；形成與所述硅襯底的所述p型半導(dǎo)體部分連接的第二電極。
2. —種半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，具有步驟 準(zhǔn)備具有一個及另一個主面的n型硅^j"底；在所述硅襯底的所述一個主面上外延生長含有m族元素的n型化合物半導(dǎo)體，形成n型化合物半導(dǎo)體層，并且在所述n型化合物半導(dǎo)體層 上外延生長p型化合物半導(dǎo)體，形成p型化合物半導(dǎo)體層，得到主半導(dǎo) 體區(qū)域，同時使所述n型化合物半導(dǎo)體層的III族元素從所述硅襯底的所 述一個主面熱擴散到預(yù)定深度，得到p型硅半導(dǎo)體層；除去所述主半導(dǎo)體區(qū)域的一部分及所述p型硅半導(dǎo)體層的一部分， 使與所述硅襯底的所述p型硅半導(dǎo)體層相鄰接的n型半導(dǎo)體部分露出；除去所述p型化合物半導(dǎo)體層的一部分，使所述n型半導(dǎo)體層的一 部分露出；形成與所述p型化合物半導(dǎo)體素層和所述硅襯底的n型半導(dǎo)體部分 連接的第一電極；形成與所述n型化合物半導(dǎo)體層連接的第二電極。
3. —種半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，具有如下步驟 準(zhǔn)備具有一個及另一個主面的n型硅襯底；在所述硅襯底的所述一個主面上外延生長含有m族元素的第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體，形成第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，并且在所述第一 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上外延生長第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體，形成第二 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，得到主半導(dǎo)體區(qū)域，同時使所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的m族元素從所述硅襯底的所述一個主面擴散到預(yù)定深度，得到p型硅半導(dǎo)體層；除去所述主半導(dǎo)體區(qū)域的一部分，使所述p型硅半導(dǎo)體層的一部分 露出；在所述硅襯底的所述p型硅半導(dǎo)體層形成溝槽，將所述p型硅半導(dǎo) 體層分割為具有露出表面的第一部分、和與所述第一部分電隔離并且與 所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層相鄰接的第二部分；除去所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的一部分，使所述第一導(dǎo)電型 化合物半導(dǎo)體層的一部分露出；形成與所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層和所述p型硅半導(dǎo)體層的所 述第一部分連接的第一電極；形成與所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層連接的第二電極。
4. 一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，具有如下步驟 準(zhǔn)備具有一個及另一個主面的n型硅襯底；在所述硅襯底的所述一個主面上外延生長含有m族元素的第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，形成第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，并且在所述第 一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上外延生長第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體，形成第 二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，得到主半導(dǎo)體區(qū)域，同時使所述笫一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的ni族元素從所述硅襯底的所述一個主面擴散到預(yù)定深度，得到p型硅半導(dǎo)體層；除去所述主半導(dǎo)體區(qū)域的一部分及所述p型硅半導(dǎo)體層的一部分， 使所述硅襯底的n型半導(dǎo)體部分露出；除去所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的一部分，使所述第一導(dǎo)電型 化合物半導(dǎo)體層的一部分露出；設(shè)置與所述硅襯底的所述露出的n型半導(dǎo)體部分肖特基接觸的金屬層；形成與所述笫二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層和所述金屬層連接的笫一 電極；形成與所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層連接的第二電極。
5. —種半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法，其特征在于，具有如下步驟 準(zhǔn)備硅襯底，該硅襯底具有一個及另一個主面，并且包括從所述一個主面形成到預(yù)定深度的n型硅半導(dǎo)體層、和與所述n型硅半導(dǎo)體層相 鄰接的p型半導(dǎo)體部分；在所述硅襯底的所述一個主面上外延生長含有III族元素的第一導(dǎo) 電型化合物半導(dǎo)體，形成第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，并且在所述第一 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上外延生長第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體，形成第二 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層，得到主半導(dǎo)體區(qū)域，同時使所述第一導(dǎo)電型化 合物半導(dǎo)體層的III族元素從所述硅襯底的所述一個主面擴散到比所述n 型硅半導(dǎo)體層淺的深度，得到p型硅半導(dǎo)體層；除去所述主半導(dǎo)體區(qū)域的一部分、所述p型硅半導(dǎo)體層的一部分及 所述n型硅半導(dǎo)體層的一部分，使所述硅襯底的p型半導(dǎo)體層部分露出；除去所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的一部分，使所述第一導(dǎo)電型 化合物半導(dǎo)體層的一部分露出；形成與所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層和所述硅襯底的p型半導(dǎo)體 部分連接的第一電極；形成與所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層連接的第二電極。
6. 如權(quán)利要求1到權(quán)利要求5的任意一項的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造 方法，其特征在于，在形成所述主半導(dǎo)體區(qū)域的步驟中還包括如下步驟在所述笫 一導(dǎo) 電型化合物半導(dǎo)體層或n型化合物半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電型化合物半 導(dǎo)體層或p型化合物半導(dǎo)體層之間形成活性房。
7. —種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，具有硅襯底，其具有一個及另一個主面，并且，包括以在所述一 個主面的預(yù)定部分具有第一深度的方式所形成的n型硅半導(dǎo)體層、和包 圍所述n型硅半導(dǎo)體層的p型半導(dǎo)體部分；主半導(dǎo)體區(qū)域，利用外延生長形成在所述硅襯底的所述一個主面上，并且具有包含m族元素的第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層、和在所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上利用外 延生長所形成的第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層；缺口部，以使所述硅襯底 的所述一個主面的所述預(yù)定部分露出的方式形成在所述主半導(dǎo)體區(qū)域； p型硅半導(dǎo)體層，利用所述主半導(dǎo)體區(qū)域的外延生長中的所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的m族元素的熱擴散形成在所述硅襯底中，并且離所述硅襯底的所述一 個主面的深度是比所述第 一 深度淺的第二深度；溝槽，以將所述p型硅半導(dǎo)體層分割為配置在所述n型硅半導(dǎo)體層上的第 一部分和與所述第一部分電隔離的第二部分的方式形成在所述p型硅半導(dǎo)體層上；笫一電極，連接到所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層和所述p 型硅半導(dǎo)體層的所述第一部分；第二電極，與所述硅襯底的所述p型半 導(dǎo)體部分連接，由所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第 一部分與所述n型硅半導(dǎo)體層形成 第一保護二極管，由所述硅襯底的所述n型硅半導(dǎo)體層與所述p型半導(dǎo) 體部分形成第二保護二極管。
8. —種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，具有n型硅襯底，其具有一個及另一個主面；主半導(dǎo)體區(qū)域，利用外延生長形成在所述硅襯底的所述一個主面 上，并且具有包含III族元素的n型化合物半導(dǎo)體層、和在所述n型化合 物半導(dǎo)體層上利用外延生長所形成的p型化合物半導(dǎo)體層；第 一缺口部，以使所述硅襯底的所述一個主面的一部分露出的方式 形成在所述主半導(dǎo)體區(qū)域；第二缺口部，用于使所述n型化合物半導(dǎo)體層的一部分露出并且形 成在所述p型化合物半導(dǎo)體層上；p型硅半導(dǎo)體層，利用所述主半導(dǎo)體區(qū)域的外延生長中的所述n型化合物半導(dǎo)體層的m族元素的熱擴散，從所述硅襯底的所述一個主面以預(yù)定深度形成到所述硅襯底中；第三缺口部，以使所述硅襯底的n型半導(dǎo)體部分的一部分露出的方 式形成在所述p型硅半導(dǎo)體層、并且與所述第一缺口部連續(xù)；第一電極，與所述p型化合物半導(dǎo)體層連接，并且，通過所述第一 及第三缺口部連接到所述硅襯底的n型半導(dǎo)體部分；第二電極，通過所述第二缺口部連接到所述n型化合物半導(dǎo)體層。
9. 一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，具有 n型硅襯底，其具有一個及另一個主面；主半導(dǎo)體區(qū)域，利用外延生長形成在所述硅襯底的所述一個主面上，并且具有包含in族元素的第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層、和在所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上利用外延生長所形成的第二導(dǎo)電型化合物 半導(dǎo)體層；第 一缺口部，以使所述硅襯底的所述一個主面露出的方式形成在所 述主半導(dǎo)體區(qū)域；第二缺口部，以使所述第 一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的 一部分露出的 方式形成在所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上；p型硅半導(dǎo)體層，利用所述主半導(dǎo)體區(qū)域的外延生長中的所述第一 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的III族元素的熱擴散，從所述硅襯底的所述一個 主面以預(yù)定深度形成到所述硅襯底中，并且具有在所述第 一缺口部露出 的第一部分和與所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層進行相鄰接的第二部 分；溝槽，以將所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第一部分和所述第二部分隔 離的方式形成在所述p型硅半導(dǎo)體層上；第一電極，與所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層連接，并且，通過所 述第一缺口部連接到所述p型硅半導(dǎo)體層的所述第一部分；第二電極，通過所述第二缺口部連接到所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo) 體層。
10. —種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，具有 n型硅襯底，其具有一個及另一個主面；主半導(dǎo)體區(qū)域，利用外延生長形成在所述硅襯底的所述一個主面上，并且具有包含m族元素的第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層、和在所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上利用外延生長所形成的第二導(dǎo)電型化合物 半導(dǎo)體層；笫 一缺口部，以^吏所述^5圭襯底的所述一個主面露出的方式形成在所 述主半導(dǎo)體區(qū)域；第二缺口部，以使所述第 一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的一部分露出的 方式形成在所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上；p型硅半導(dǎo)體層，利用所述主半導(dǎo)體區(qū)域的外延生長中的所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的ni族元素的熱擴散，從所述硅襯底的所述一個主面以預(yù)定深度形成到所述硅襯底中；第三缺口部，以使所述硅襯底的n型硅半導(dǎo)體部分的一部分露出的 方式形成在所述p型硅半導(dǎo)體層上、并且與所述第 一缺口部連續(xù)；金屬層，與在所述笫三缺口部露出的所述硅襯底的所述n型半導(dǎo)體 部分的 一部分肖特基接觸；第一電極，與所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層連接，并且通過所述 第 一缺口部連接到所述金屬層；第二電極，通過所述第二缺口部連接到所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo) 體層。
11. 一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，具有硅襯底，其具有一個及另一個主面，并且包括從所述一個主面形成 到第一深度的n型硅半導(dǎo)體層、和與所述n型半導(dǎo)體層相鄰接的p型半 導(dǎo)體部分；主半導(dǎo)體區(qū)域，利用外延生長形成在所述硅襯底的所述一個主面上，并且具有包含m族元素的第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層、和在所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上利用外延生長所形成的第二導(dǎo)電型化合物 半導(dǎo)體層；第 一缺口部，以^吏所述石圭襯底的所述一個主面露出的方式形成在所 述主半導(dǎo)體區(qū)域；第二缺口部，以使所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的一部分露出的 方式形成在所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層上；p型硅半導(dǎo)體層，利用所述主半導(dǎo)體區(qū)域的外延生長中的所述第一 導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層的III族元素的熱擴散，從所述硅襯底的所述一個 主面以比所述第 一深度淺的第二深度形成到所述硅襯底中；第三缺口部，以使所述硅襯底的p型硅半導(dǎo)體部分的一部分露出的 方式形成在所述p型硅半導(dǎo)體層及所述n型硅半導(dǎo)體層上，并且與所述 第一缺口部連續(xù)；第一電極，與所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層連接，并且通過所述 第一及第三缺口部連接到所述硅襯底的p型半導(dǎo)體部分； 第二電極，通過所述第二缺口部連接到所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo) 體層。
12.如權(quán)利要求7到權(quán)利要求11的任意一項的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其 特征在于，所述主半導(dǎo)體區(qū)域還具有配置在所述第一導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層 或n型化合物半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電型化合物半導(dǎo)體層或p型化合物 半導(dǎo)體層之間的活性層。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法。半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有硅襯底(3)和由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的主半導(dǎo)體區(qū)域(4)。在硅襯底(3)上外延生長主半導(dǎo)體區(qū)域(4)時主半導(dǎo)體區(qū)域(4)的III族元素向硅襯底熱擴散，從而在硅襯底(3)上產(chǎn)生p型硅半導(dǎo)體層(9)。該p型硅半導(dǎo)體層(9)被用作過電壓保護二極管的構(gòu)成要素。過電壓保護二極管相對基于主半導(dǎo)體區(qū)域(4)的發(fā)光二極管并聯(lián)連接。
文檔編號H01L33/00GK101375421SQ200780003900
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月30日
發(fā)明者丹羽愛玲, 佐藤純治, 田島未來雄, 神井康宏 申請人:三墾電氣株式會社